500 kV变压器冷控系统的常见故障分析及处理措施

刘渠江

摘 要：随着电力系统的高速发展，大型变压器的应用需求不断提升，其一般配置有独立的变压器油冷却器及冷却器控制系统。变压器冷却系统发挥着自动调节变压器油温的作用，但是变压器冷却系统涉及的元件较多，控制逻辑比较复杂，导致变压器运行过程中故障多发。大型变压器的稳定运行离不开冷却系统的正常工作，500 kV及以上电压等级的变压器对冷却系统提出了更高的要求。冷控系统应能自动投切冷却器，以保证主变温度处于合理范围内，并能在冷却系统设备出现故障时发出相应信号提示运维人员。本文主要探讨500 kV变压器冷控系统常见的故障类型及处理措施。

关键词：变压器;冷控系统;故障类型

中图分类号：TM63文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）04-0063-04

Abstract： With the rapid development of the power system， the application requirements of large transformers continue to increase， which are generally equipped with independent transformer oil coolers and cooler control systems. The transformer cooling system plays the role of automatically adjusting the transformer oil temperature， but the transformer cooling system involves many components and the control logic is more complicated， which leads to frequent faults during the operation of the transformer.The stable operation of large transformer is inseparable from the normal work of the cooling system， the transformer of 500kV and above voltage level puts forward higher requirements for the cooling system. The cooling control system should be able to automatically switch the fan to ensure that the main oil temperature is in the normal range and send corresponding signals to prompt the operation and maintenance personnel when the cooling system equipment fails. This paper mainly discussed the common failure types and treatment measures of 500 kV transformer cold control system.

Keywords： transformer;cold control system;fault types

500 kV變压器是500 kV变电站的核心设备，承担着远距离输电的重要职责。变压器的安全稳定运行对区域供电可靠性具有显著影响。这就要求对变压器的故障处理准确和及时，保证变压器在良好工况下运行。大型变压器的附件较多，主要附件为冷却系统、油枕、瓦斯继电器、压力释放阀等检测或调节变压器油运行状况的元件。变压器油在变压器结构中具有重要作用。变压器油是变压器内部的绝缘和冷却介质，温度是反映其运行状况的一个主要参数。由于变压器油会随着温度异常升高而加速劣化，所以作为调节变压器油温的主要附件，变压器冷却系统的正常工作对变压器的安全运行有较大的影响。如果变压器冷却系统的故障不能及时有效地处理，就可能会造成变压器被迫停运。

1 冷却系统简介

变压器冷却系统主要由交流电源、油泵、风扇、散热器和控制回路等部分组成。冷却系统采用两个独立电源供电，一个工作，一个备用。当工作电源发生故障时，备用电源自动投入;当工作电源恢复时，备用电源自动退出。工作或备用电源故障均应有信号[1]。

500 kV变压器一般采用油浸风冷或强油循环风冷，其冷却方式以强油循环风冷为主[2]。采用强油循环风冷方式的变压器每相一般设置5组冷却器，按照3+2模式运行，即3组运行，1组辅助，1组备用，处于运行状态的冷却器组持续运行，为变压器提供稳定散热条件。当变压器油温或绕温以及负载达到预设的定值时，自动启动尚未投入的辅助冷却器。当运行中的工作、辅助冷却器发生故障时，系统能自动启用备用冷却器。

对信号回路的要求是所有运行中的冷却器发生故障时，均能发出故障信号。采用油浸风冷方式的变压器则按照奇偶模式运行，即按预设的温度定值依次启动奇数组冷却器风扇和偶数组冷却器风扇，保证变压器的散热效果。油浸风冷变压器的冷控回路相对简单，冷却回路主要设备为风扇，常见的故障类型也集中在风扇的控制回路和风扇电机回路。而采用强油循环风冷方式的变压器冷控回路相对复杂，冷却回路主要设备有油泵、风扇和油流继电器，同时处于不同工作状态下的冷却器有相应的启动控制逻辑，因此缺陷类型较多，故障的分析和处理应考虑更多因素。

2 500 kV变压器冷控系统的常见故障类型

500 kV变压器冷控系统长期运行时，受外部自然环境变化、控制系统元器件老化等因素的影响，会产生难以避免的故障。变压器冷控系统的主要故障分为四种类型。

2.1 二次回路绝缘降低或损坏

该类型故障一般发生在冷控系统二次回路有电缆或接点暴露在露天条件的情况下，在长期的日晒雨淋中，二次电缆或接点受潮、锈蚀导致绝缘能力下降，引起风扇电机电源空开跳闸等故障现象，实际故障点就处于二次回路绝缘能力下降发生的位置。此类故障一般发生在油浸风冷变压器的风扇电源转接头处，如果该位置的密封效果不佳，那么运行一段时间后就会出现转接盒锈蚀的情况，导致风扇不能正常运行。

2.2 控制回路中的继电器等元件损坏

从图1可以看出，油浸风冷变压器的冷控回路相对简单，风扇的启动和停止由变压器的温度计W5、W6、W7或变压器负荷监测继电器JL的接点控制，回路内还包含接触器和热继电器等元件，如果风扇出现异常，就可依次对回路内元件开展检查，确认是否有元件出现损坏。从图2可以发现，强油风冷变压器冷控系统二次回路中的元件较多，故电气元件出现故障的概率高，现象比较复杂。在处理过程中，人们需要根据故障现象仔细分析，查找故障原因[3]。

首先是冷控系统交流电源部分，电源控制回路主要包含断相与相序保护继电器KV1、KV2，中间继电器K、K1、K2等元件，如果电源故障或切换异常，就可对回路内元件进行排查，确定故障位置。强油循环风冷变压器的每组冷却器都可用控制开关手柄位置来选择自身的工作状态，即工作、辅助、备用或停运，运行方式灵活，每个冷却器易于检修。依据回路主要设备，工作冷却器的故障可分为油泵故障（油泵接触器KH1接点动作）、风扇故障（风扇电机回路接触器KH11、KH12接点动作）和油流异常（油流继电器KO1接点动作）这3类。人们可以根据故障现象初步判断故障位置，然后以此为切入点展开检查。

辅助冷却器和备用冷却器的故障，除了与工作冷却器相同的本回路设备的故障之外，还可能是由启动控制回路中元件损坏引起的。对于辅助冷却器，其启动控制元件为变压器温度计POP11、POP12、PW1接点或变压器负荷监测继电器KC接点（辅助冷却器按负荷启动时）。出现辅助冷却器故障时，有针对性地对这些部位進行检查，可以提高消缺效率。对于备用冷却器的启动控制回路，其主要元件是一个中间继电器K5，当运行中的工作或辅助冷却器发生故障而停运时，该中间继电器从油泵接触器、风扇接触器、油流继电器的运行监测接点中得电动作，使其接点接通备用冷却器的启动回路，备用冷却器启动回路得电后动作于本组冷却器的油泵接触器和风扇接触器，冷却器即投入运行。

2.3 冷控系统各一次设备之间的配合不当

该类型故障的后果一般为误发告警信号。例如，某500 kV变电站的2号主变的冷却方式为强油循环风冷，每相配备3组冷却器。运行人员发现，主变在运行中出现异常现象，在各组冷却器投入运行时均会发出“冷却器油流异常”信号，提示冷却器中油流状态异常，该信号可自动复归。现场检查发现，冷却器启动正常，油泵、风扇均正常运行，油流继电器也指示正确。该故障现象令检修人员不解。后经现场观察与分析推理，人们发现，故障原因为冷却器的油泵和油流继电器配合不当，油流继电器动作稍有延迟，导致油泵已启动而油流继电器未及动作时即发出告警信号。该类型故障在变压器运行过程中的发生率不高，但误发告警信号会影响对变压器运行情况的判断，也应引起重视。

2.4 由一次系统故障引起的冷控系统异常

某500 kV变电站1号主变开展压力释放阀更换消缺工作，消缺过程中对主变进行了变压器油回收、注油等操作，注油完成后对变压器进行多次排气，检修工作结束时油枕、瓦斯继电器、集气盒内均无气体。工作验收时对冷却系统进行试运行，检修人员发现油泵、风扇均运转正常，后台无异常信号发出。于是将该变压器投入运行，投运后不久主变发出“轻瓦斯告警”信号，同时主变油温上升较快，有明显异常迹象。经技术人员现场检查，异常原因为冷却器油路主连管内有空气未排尽，冷却器投入运行后，虽然油泵和风扇运转正常，但由于油通道内空气的存在，油流继电器的开启压力不够，油流继电器未动作打开油路阀门，变压器投运后，散热器内油路不通，变压器油实际未流动散热，故变压器油温上升较快。由于该变压器未设置油流异常告警信号，所以在试投冷却器时未能发现此隐患。后对冷却器上部油管道进行排气，确有气体排出，将残余气体排尽后再次投入冷却器，油流继电器正常动作，异常现象消除，变压器运行正常。这就是由一次系统引起冷控系统异常的案例，这类故障诱因较隐蔽，不易被检修人员发现，但是会造成严重后果。设计及验收人员需要对变压器设置完善的告警信号回路，以便及时发现变压器的异常工况。

3 500 kV变压器冷控系统常见故障的处理措施

3.1 变压器冷控系统二次回路绝缘下降引起的各种故障

首先，改善二次回路的运行环境，尽量减少回路转接次数。其次，做好对控制电缆的保护，例如，采取给二次回路电缆增加防水护套、在转接线盒处增加防雨罩等措施，以有效降低冷控系统二次回路的绝缘下降速度。再次，运维人员应加强对回路的巡视，及时发现处于故障初期的电缆，避免其发展成严重故障。

3.2 冷控系统元器件损坏引起的故障

因涉及的二次元器件类型多，型号不一，变压器运行维护及检修人员需要了解并熟悉变压器冷控系统各种故障类型的常见起因，在变压器冷控系统出现异常情况时及时对故障进行甄别，采取有效的处理措施。虽然不同厂家的变压器冷控系统使用的元器件各异，但是冷控系统的设计逻辑大体是一致的，通过对主要变压器厂家的冷控系统进行细致分析，人们可以较好地掌握冷控系统的主要元器件功能。对于会导致冷却器停运的元器件，在其损坏导致冷却器停运时，须发出相应的告警信号提醒运维人员注意，如果信号回路不满足要求，应对其进行改进。

3.3 冷控系统各一次设备之间配合不当引起的故障

工作人员应对回路进行优化。针对上文提到的某500 kV变电站的2号主变的故障处理，就是对其信号回路进行了优化和改进，在“冷却器油流异常”信号回路中增加了延时继电器。增加延时继电器后，在冷却器投入过程中，油泵和油流继电器均处于稳态后才将信号发出，有效避免油流继电器动作时告警信号就发至后台的情况。对于其他一次设备配合不当引起冷控系统故障的情况，人们可以根据具体情况对一次设备的动作灵敏性进行调节，使其满足冷控系统正常运行的要求。

3.4 由一次系统故障引起的冷控系统异常

这种故障一般是在对变压器本体开展工作时因工序不当造成的。对于这种故障类型的处理，首先应严格执行变压器本体检修标准工艺流程，对工作中涉及的部位在工作结束后须逐一检查运行是否正常，不可漏项，对发现异常的设备及附件及时处理[4]。变压器检修发现，发生频率较高的一次系统故障是强油循环风冷变压器的潜油泵损坏。人们可以通过听音法判断应处于运转状态的油泵是否在转动，若无转动声音，则可判断油泵损坏。此时关闭油泵两侧油路阀门，再对油泵进行更换，然后打开油泵一侧油路阀门，并在另一侧阀门排气塞处排气，待油注满油泵管道后再打开另一侧阀门。

为了提前发现变压器冷控系统的故障隐患，避免冷却器停运情况的发生，应加强对变压器冷控系统的日常巡视、维护管理工作。一是合理运用全部冷却器，避免负荷超标运行;二是应定期使用电源切换手段，引导电源自动切换，避免出现切换动作的失误;三是在运行巡视的状态下，对变压器冷却器运行情况进行检查，一般应从主变温度、负荷情况、投入的冷却器组数之间吻合性的角度来分析[5];四是要做好变压器冷控箱的密封，防止变压器冷控箱顶部锈蚀等造成雨水进入冷控箱，引起内部二次元器件的受潮短路，造成冷控系统的误动;五是在对变压器的冷却器进行冲洗时，要做好对冷却器二次回路及接线盒等的保护，防止在对冷却器进行冲洗时水进入接线盒等部位引起短路或者接地现象。这会直接导致冷却器的故障停运，同时可能会引起上级交流电源空开的跳闸，造成冷却器的全停，需要引起高度注意。

4 结论

当前，电力系统快速发展，大型变压器的应用需求不断提升，变压器运行的稳定性具有很高的要求。冷却系统作为大型变压器主要的辅助系统，在运行中具有故障点多、故障现象不一致等特点。人们要总结大型变压器运行缺陷的处理经验，评估处理措施的消缺效率，以便在变压器發生故障时及时准确地判断故障的根本原因，提出相应的解决方案，提高变压器运行的安全性和可靠性。

参考文献：

[1]谈艺.主变风冷控制电源监视回路的改进[J].企业技术开发，2014（36）：23-24.

[2]陈书敏，石玉美.变压器及其冷却方式简介[J].变压器，2010（4）：50-53.

[3]郑丽娟.强迫油循环变压器冷却器控制系统改造[J].安徽电力，2007（1）：21-23.

[4]唐洪.冷控系统故障引起变压器跳闸事故原因分析及预防[J].安徽电力，2004（1）：55-58.

[5]沈庆，丁诗洋，夏友森.500 kV变压器冷控系统维护常见的故障分析及处理[J].山东电工技术，2016（22）：196.